Oppimispäiväkirja

Oppimispäiväkirjaan kirjataan omalta osin omaan oppimiseen vaikuttavia tekijöitä.

Ennakkonäkemys aihealueesta

Tietoliikennetekniikka on erittäin laaja alue ja sulautuu saumattomasti elämäämme. Tietoliikennetekniikan kehitys on mahdollistanut yhteiskunnan huiman kehityksen varsinkin kahdella viime vuosikymmenellä. Tekniikan kehitys mahdollistaa yhä uusien sovellusten syntymisen.

Luentoyhteenvedot

Luentopäivä 1:

  • Päivän aihe: Tietoliikenne ympäristössä, tietoliikenteen sovelluksia, TCP ja UDP
  • Päivän tärkeimmät asiat: TCP ja UDP perusperiaatteet ja tasot
  • Mitä opin tällä kertaa: Tietoliikenteessä eri tasot kommunikoivat vain samalla tasolla, vaikka viesti kulkee alimmalla tasolla.
  • Jäi epäselväksi: -

Luentopäivä 2:

  • Päivän aihe: Tiedonsiirtotiet
  • Päivän tärkeimmät asiat: Langattoman ja langallisen tiedonsiirron perusperiaatteet
  • Mitä opin tällä kertaa: Taajuusalueet, satelliittiyhteydet
  • Jäi epäselväksi: Signaalin muodostaminen → kaistanleveyden merkitys.

Luentopäivä 3:

  • Päivän aihe: Signaalin muodostaminen ja virheenkorjaus
  • Päivän tärkeimmät asiat: Signaalin muodostaminen ja virheenkorjaus
  • Mitä opin tällä kertaa: Analogisen ja digitaalisen signaalin lähetys, virheiden synty, esto ja korjaus.
  • Jäi epäselväksi: Kokonaisuuden hahmottamisessa vielä puutteita, mutta pikkuhiljaa…

Luentopäivä 4:

  • Päivän aihe: Kanavointi, piiri- ja pakettikytkentä
  • Päivän tärkeimmät asiat: Kanavointitekniikat FDMA, TDMA, CDMA
  • Mitä opin tällä kertaa: Kanavointitekniikoiden merkitys, erot ja käyttökohteet
  • Jäi epäselväksi:
    • Miksi FHSS ja DSSS on monesti esitetty “modulointi” -otsikon alla. esim. http://fi.wikipedia.org/wiki/Kanavanvaraus Sivun oikeassa laidassa sanotaan, että FHSS ja DSSS eivät tarvitse kanavointia. Mitä tarkoittaa? Nehän ovat kanavointitekniikoita itsessään!

Luentopäivä 5:

  • Päivän aihe: Reititys, LAN, WLAN
  • Päivän tärkeimmät asiat: Reititysstrategiat ja reitityksessä käytettävät laitteet, matkapuhelinverkkojen solurakenne
  • Mitä opin tällä kertaa: Millä perustein reitittimet valitsevat lähetyspolun.
  • Jäi epäselväksi: -

Mitä opin kurssin aikana

  • TCP- ja UDP-protokollien tasot ja kommunikointi.
  • Tiedonsiirtoteiden ominaisuudet
  • Koodaus, modulointi, kanavointi..
  • Tiedonsiirtoverkkojen rakenne

Kotitehtävät

Kotitehtävä 1

Kuva jonkun asunnon tietoliikenteeseen kytketyistä laitteista.

Lisäksi esim. USB-muisti, mahd digiboksi, kaukosäätimet yms yms..

Kysymyksiä: Miten varsinainen signaali muodostetaan eri siirtotavoissa. USB/LSB? Valokaapelissa kulkeva signaali?

Kotitehtävä 2

Tehtäväkuvaus: Valitse haluamasi aihealue ja etsi siihen liittyvä protokolla. Tutustu protokollaan ja mieti kuinka protokolla vaikuttaa valitsemasi aihepiirin toimintaan. Esitä www-osoite käyttämääsi protokollaan.

MIDI

Midi mahdollistaa alkeellisten järjestelmien tiedonvälityksen varsinkin musiikkisovelluksissa. Käytännössä midi tarjoaa hyvin standardoidun pohjan laitteiston yhteistoiminnalle ja käytännössä midin toimintaa tapaa usein raudan ohjauksessa (releet, koskettimistot) ja ohjelmissa (virtuaalisoittimet). http://www.gweep.net/~prefect/eng/reference/protocol/midispec.html

HTTP

http eli hypertext transfer protocol on TCP:stä ylemmän tason protokolla, joka normaalisti muodostaa yhteyden palvelimelle ja kommunikoi sen kanssa TCP-protokollan avulla. Käytännössä http on aina käytössä, kun internetiä käytetään normaalisti selaimella. http://www.w3.org/Protocols/HTTP/AsImplemented.html

TCP

TCP on tiedonsiirtoprotokolla, jota käytetään silloin, kun tarvitaan luotettavaa tiedonsiirtoa, eikä haluta osan tiedoista katoavan matkalla. TCP täydentää IP:tä (Internet Protocol) ja muodostaa yhdessä IP:n kanssa keskeisen osan internetin tiedonsiirrosta. http://www.networksorcery.com/enp/protocol/tcp.htm

Kotitehtävä 3

Tehtävä: Laitteiden ja palveluiden hyödyntämät siirtotiet ja tiedon koodaustekniikka.

Lähiverkkoyhteys, langallinen (Ethernet)

  • Siirtotie: Parikaapeli (norm. 4 paria)
  • Koodaus: Yleisesti käytössä oleva Manchester-koodaus ja sen muunnelmat (IEEE 802.3). Jokaista bittiä vastaa jännitteen muutos, esim. 1-bitti on 0V→2V ja 0-bitti 2V→0V

http://en.wikipedia.org/wiki/Manchester_code

E1 tiedonsiirtoyhteydet

  • Siirtotie: Kaapeli
  • Koodaus: AMI. 0-bittiä kuvaa jännitteen 0-taso, 1-bittiä kuvaa positiivinen tai negatiivinen taso. Jos peräkkäin on monta 0-bittiä, taso ei muutu, kun taas monta 1-bittiä peräkkäin aiheuttaa positiivisen ja negatiivisen jännitteen vaihtelun. Menetelmä pysyy siis paremmin tahdissa, kun peräkkäin on monta 1-bittiä, vrt. monta 0-bittiä peräkkäin.

http://en.wikipedia.org/wiki/Alternate_Mark_Inversion

USB-väylä

  • Siirtotie: Parikaapeli
  • Koodaus: NRZI, Non-Return-to-Zero Inverted. 1-bittiä kuvaa jännitteen muutos, 0-bitillä muutosta ei tapahdu. Nollapotentiaali ei ole käytössä.

http://fi.wikipedia.org/wiki/NRZ-koodaus

Kotitehtävä 4

Tehtävä: Kuinka valituissa lähestymistavoissa siirtotien/siirtoverkon tehokas käyttö on huomioitu? Kanavointi vai verkkotekniikka?

Tietoverkon valokaapeli

  • Tehokas käyttö on toteutettu taajuusjakokanavoinnilla (FDMA). Valoa käytettäessä puhutaan WDM -tekniikasta, Wavelenght-Division-Multiplexing. Yksittäistä valokuitua voidaan käyttää kumpaankin suuntaan ja monella signaalilla samanaikaisesti, kun käytetään valon eri aallonpituuksia.

Ethernet

  • Tehokas käyttö on toteutettu CSMA/DA -verkkotekniikalla (Carrier Sense Multiple Access With Collision Detection). Käytännössä CSMA/DA toimii siten, että lähettävät laitteet kuuntelevat verkkoa ja kun laite havaitsee verkon olevan käyttämättömänä, se alkaa lähettää omaa dataansa. Jos kaksi laitetta alkaa lähettää samanaikaisesti, ensimmäisenä sen huomannut laite lähettää “jam-signaalin”, jolloin kaikki laitteet lopettavat lähettämisen. Samanaikainen lähetys huomataan verkon epänormaaleista jännitteistä. Kun jam-signaali on pysäyttänyt kaikki lähetykset, laitteet odottavat satunnaisen ajan ja alkavat lähettää uudelleen, jos verkossa ei ole liikennettä.

WLAN 802.11

  • Tehokas käyttö on toteutettu CSMA/CA -verkkotekniikalla (Carrier Sense Multiple Access With Collision Avoidance). CSMA/CA perustuu ethernetin CSMA/DA-tekniikkaan, mutta ennen datan lähettämistä, lähetetään siirtotien varauspyyntö, jolla pyritään välttämään samanaikaiset lähetykset.

Kotitehtävä 5

Tehtävä: Kuvaa yksittäisen sovelluksen toiminta sovellustasosta bittien siirtoon.

Otetaan yksinkertainen esimerkki, HF-radion kautta tapahtuva datasiirto mallia Puolustusvoimat.

  • Viesti kirjoitetaan sanomalaitteella, joka salaa viestin
  • Salattu viesti lähetetään audiokaapelia pitkin HF-radioon koodattuna *todennäköisesti sellaisella menetelmällä, joka käyttää vain kahta jännitetasoa, esim RZ (return-to-zero)*.
  • HF-radiossa sanomalaitteelta saapuvalla signaalilla moduloidaan kantoaallon amplitudia (kts. AM) ja poistetaan summasignaalista kantoaalto ja toinen sivubandi (sideband). Jäljelle jää toinen sivubandi, joka lähetetään antennin välityksellä vasta-asemalle.
    • kts. SSB
    • Uudemmat digitaaliset kenttäradiot pystyvät monimutkaisemmilla tekniikoilla joko nopeampaan tai turvallisempaan tiedonsiirtoon riippuen halutusta tuloksesta.
  • Tietoturva on kyseisessä konseptissa varmistettu monella eri tasolla
    • Antennin säteily pyritään kohdistamaan vastaanottajalle ja lähettäminen tapahtuu tiukan protokollan määräämänä. Myös siviilimaailmassa paras keino suojautua tietoturvauhkalta on pitää informaatio poissa tietoverkoista.
    • Nykyaikaisissa kenttäradioissa on käytössä taajuushypintä, jolloin ilman algoritmin tuntemista viestiä ei saada kaapattua.
    • Lähete on laitetasolla salattu siten, että vastaanottajalla on oltava salausavain viestin avaamiseksi.
    • Itse viesti on osittain salattu omalla peitteistöllään, joka myöskin on oltava vastaanottajalla hallussa.

Viikoittainen ajankäyttö

  • Luentoviikko 1
    • Lähiopetus: 6 h
    • Kotitehtävät: 2 h
  • Luentoviikko 2
    • Lähiopetus: 6 h
    • Kotitehtävät: 1 h
  • Luentoviikko 3
    • Lähiopetus: 3h
    • Itseopiskelu: 2h
    • Kotitehtävät: 1h
  • Luentoviikko 4
    • Itseopiskelu: 1h
    • Kotitehtävät: 1h
  • Luentoviikko 5
    • Lähiopetus: 5h
    • Itseopiskelu: 1h
    • Kotitehtävät: 1h

http://www2.it.lut.fi/wiki/doku.php/courses/ct30a2001/start